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ANSYS Workbench 结构热固耦合计算

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01      
实例介绍    

     

   

     

在ANSYS Workbench中使用稳态传热模块与结构静力学模块,对结构进行顺序热固耦合计算,得到结构的热变形与热应力分布。

结构模型如图1所示,在顺序热固耦合计算中,我们首先需要得到结构的温度场,在此基础上再使用结构模块,对模型进行结构力学计算。

在这个案例中,使用了External Data功能,将外部的节点温度数据导入作为结构温度分布数据,用于热固顺序耦合的计算。 

图1 结构计算模型


     


02      
通过传热计算得到模型温度场    

     

   

     

我们首先需要得到模型的温度分布。

(1)启动ANSYS Workbench,加载Steady-State Thermal稳态传热模块。

(2)右键单击A3单元格,选择弹出菜单项Import Geometry→Browse...,弹出文件选择对话框,选择几何模型文件ex1-1\ex1-1.stp。(案例文件下载地址见文章底部)

(3)双击A4单元格进入稳态传热模块。

本案例模型使用默认材料,所以不需要对材料设置进行改动。

(4)单击模型树节点Mesh,在Details of Mesh中确定模型单元长度为5mm。

(5)右键单击模型树节点Mesh,单击弹出菜单项Generate Mesh生成模型网格,如图2所示。

图2  模型网格划分

(6)右键单击模型树节点Steady-State Thermal,添加Temperature温度边界,以及Convection对流换热边界。

(7)在Details of Temperature中,选择模型内部的3个表面作为热边界面,给3个表面定义温度为70℃,如图3所示。

(8)在Details of Convection中,选择模型外部9个表面,作为对流换热面,同时定义其对流换热系数为300 W/m2℃,如图4所示。

     

 图3 温度边界

图4 对流换热边界

(9)在这里,可能会遇到单位制的问题,可以通过Home→Tools→Units来对单位制进行调整,如图5所示。

图5 单位制调整

(10)右键点击模型树节点Steady-State Thermal下的Solution,点击Solve进行计算。

(11)计算完成后进行结果的后处理,使用Solution→Insert→Thermal→Temperature,得到模型温度场,如图6所示。

图6 模型温度场


     


03      
顺序耦合计算    

     

   

     

得到模型的温度场之后,就可以将其用于耦合计算了。

(1)在ANSYS Workbench中,加载一个Static Structural结构静力学模块,将其拖入到稳态传热模块的A6单元格内,如图7所示。

(2)加载完成后,如图8所示,温度场结果就可以导入到结构静力学模块了。

图7 加载静力学模块

图8 加载完成

(3)左键单击B5单元格,进入结构静力学模块。

(4)模型树节点中找到Static Structural→Imported Load→Imported Body Temperature。

(5)右键单击Imported Body Temperature,选择Import Load,即可将温度温度导入,如图9所示。

图9 导入模型的温度场

(6)右键点击模型树节点的Static Structural,通过Insert→Fixed Support建立固定约束。

(7)在Details of Fixed Support中,选择模型底面作为固定约束面,如图10所示。

图10 固定约束

(8)右键单击模型树节点Solution,选择Solve进行计算。

(9)计算完成后,使用Solution→Insert→Equivalent Stress,插入一个模型热应力结果,使用Solution→Insert→Total Deformation,插入一个模型热变形结果,右键Equivalent Stress与Total Deformation,选择Evaluate All Results,得到相应的结果云图,如图如图11、图12所示。 

图11 热应力云图 

图12 热变形云图


     


04      
将外部节点数据导入作为温度边界    

     

   

     

以上已经完成了一个结构的热固顺序耦合计算,模型的温度场是通过稳态温度计算模块计算得到的。那么其实还存在着一种应用场景,模型的温度场是由其他工程师,使用其它工具计算得到的,在这种场景中,我们可以将其它工具计算得到的节点温度数据导入ANSYS。

(1)在ANSYS Workbench中加载External Data与Static Structural,并进行连接,用于数据传递,如图13所示。

图13 加载External Data

(2)右键单击C2单元格,选择Edit,进入External Data。

(3)在Location→...中选择外部的节点温度数据表ex2-1-temp.xls,如图14所示。该数据表中包含了节点的编号、节点坐标、节点温度值。

图14 加载外部数据表

加载之后,可以在Preview of File中预览导入的数据,发现并没有完成数据分列,如图15所示。       

图15 导入的数据

(4)在Properties of File中,将Start Import At Line设定为2,即从外部数据表的第2行进行读取。将Delimiter Type设定为Tab,对导入的数据进行分列,将length Unit设定为mm,导入的数据为毫米制,设定如图16所示。再次预览导入的数据,数据已完成分列,但是还缺少每列数据的数据类型,如图17所示。

(5)在Table of File中设定5列数据的类型,分别为节点号、X坐标、Y坐标、Z坐标、温度,如图18所示。

(6)最后在Preview of File中可以预览到我们导入的数据,如图19所示。

图16 Properties of File

图17 完成分列的数据

图18 Table of File

图19 Preview of File

(7)完成数据表的导入后,右键单击C2单元格,选择Update进行数据的更新。

(8)右键单击D3单元格,导入几何模型文件ex1-1.stp。

(9)左键双击D4单元格,进入结构静力学模块,如图20所示。

图20 完成数据更新

(10)右键单击Imported Load,通过Insert→Body Temperature,得到导入体温度功能。

(11)在Details of Imported Body Temperature中,选择整个模型Body,如图21所示。

图21 导入外部节点温度数据

(12)右键单击Imported Body Temperature,选择Import Load,即可导入外部节点温度数据,导入完成后模型的温度场如图22所示。

图22 外部节点温度数据导入完成

基于已经得到的温度场,就可以在当前的结构静力学模块中,细化网格,设定外载与约束,直接进行热固耦合计算了。


      


来源:纵横CAE
WorkbenchDeform静力学材料ANSYS
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-09-01
最近编辑:2月前
纵横CAE
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基于CAD系统和ANSYS Workbench的2D分析方法

1问题描述平面应力(PlaneStress)、平面应变(PlaneStrain)、轴对称(Axisymmetric)等问题,经常需要构建2D模型,并进行2D分析设置。3D分析时,我们经常是用CAD软件(如Solidworks)构建几何模型,然后导入到ANSYSWorkbench中进行分析。2D分析亦不例外。但是,2D分析会像3D分析那样导入外部CAD系统的几何模型吗?ANSYSWorkbench又是如何将分析类型由3D激活为2D的呢?看完本文,你就彻底明白了。2几何建模我们用Solidworks的曲面建模功能构建一个2D平面,如图1所示。图12D平面的草图必须选择前视基准面(即XY平面),如图2所示。图2将2D平面保存为STP(推荐)或IGS格式,如图3所示。图33模型导入启动并进入ANSYSWorkbench界面,新建一个静力分析系统,如图4所示。图4右击StaticStructural中的Geometry——>选择EditGeometryinDesignModeler,进入DM界面,如图5所示。图5选择DM界面中的File——>ImportExternalGeometryFiles——>选择构建好的2D平面,如图6所示。图6右击模型树中的Import1,选择Generate,导入2D平面,如图7所示。图7当然,也可以通过右击StaticStructural中的Geometry——>ImportGeometry——>Browse,导入2D平面。4激活2D关闭DM界面,返回到Workbench界面,勾选菜单栏View中的Properties,右侧出现“PropertiesofProjectSchematic”表格,如图8所示。图8单击StaticStructural中的Geometry,右侧表格变为“PropertiesofSchematic:Geometry”,如图9所示。图9将表格最下方的AnalysisType由3D修改为2D,激活2D分析类型,如图10所示。图10双击StaticStructural中的Model,进入Mechanical界面,如图11所示。图11单击模型树中的Geometry,在下方的2DBehavior中设置2D分析的问题类型,如图12所示。图12其余步骤与3D分析基本一致,本文不再一一操作,有兴趣自行学习研究。5注意事项1)2D分析,需要在DesignModeler界面新建或打开一个面物体,或者从任意可以创建面物体的CAD系统中导入。2)2D模型必须在XY平面内,2D平面物体可以使用,但是2D线状物体不可使用。3)先激活2D分析类型,然后才能进入Mechanical,否则还是3D分析,并且不能再进行2D激活。一旦激活2D,则不可能再把2D分析改成3D分析了。4)2D分析不能使用螺栓预紧载荷、线性压力、简单支撑、固定转动;压力只能施加在边界上;轴承载荷和圆柱支撑只能施加在圆形边界上;对于施加在圆形边界上的力,Z方向的投影分量会被忽略;对于有轴对称行为的分析,旋转速度载荷只能施加在Y轴上;载荷和分析结果都是XY平面内的,没有Z方向上的分量。来源:纵横CAE

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